层序地层学(绪论和第一章)

西南石油学院资源与环境学院彭军二零零二年十二月层序地层学绪论第—章层序地层学理论框架第—节理论基础和概念体系第二节全球海平面变化周期第二章层序地层学研究方法第一节层序地层学研究基础第二节层序地层学研究方法第三章海相层序地层学第—节碎屑岩层序地层样式第二节碳酸盐岩层序地层样式第四章陆相层序地层学第一节陆相湖盆地质特征第二节陆相湖盆层序地层学第五章高分辨率层序地层学第一节理论基础和研究方法第二节在油气勘探和开发中的应用结论讲课提纲绪论一、层序地层学的发展阶段二、层序地层学研究的学派三、层序地层学与传统地层学的区别四、层序地层学的发展趋势五、层序地层学理论优势所在层序地层学概念在沉积岩上的应用有可能提供一个完整统一的地层学概念，就象板块构造曾经提供了一个完整统一的构造概念一样,层序地层学改变了分析世界地层记录的基本原则。因此，它可能是地质学中的一次革命，它开创了了解地球历史的一个新阶段。——P.R.Vail层序地层学的发展阶段层序地层学发展历史（Background）概念萌芽阶段1948－1977孕育阶段1977－1988理论系统化阶段1988年－现至层序概念建立阶段地震地层学形成和发展阶段层序地层学综合发展阶段三大发展阶段层序地层学的发展阶段层序地层学的发展阶段•起源于被动大陆边缘盆地的层序地层学的发展大体经历了三个阶段：•第一阶段：概念盟芽阶段，即本世纪70年代以前，主要建立了层序地层学赖以发展的地质基础，包括以生物地层学、岩石地层学、年代地层学及动力地貌学为依据建立的一些层序、旋回及均衡剖面理论等。•第二阶段：地震地层学演化的模型形成阶段。该阶段以P.R.Vail、R.M.Mitchum等EXXON公司的专家在AAPG第26届专题报告《地震地层学：在碳氢化合物勘探上的应用》的出版为标志。在20世纪70年代后期，层底地层学主要应用于地震资料范围内的盆地分析，测井、岩芯和露头一般不被单独用来分析层序。地震地层学尚不能达到在储层范围内进行沉积地层分析所需要的精度。•第三阶段：为综合发展阶段，即从80年代到现在，随着可容空间概念的建立，层序地层学的理论和方法趋于成熟并广泛应用，其标志是1989年AAPG年会举办的层序地层学短期培训班和会议上发表的大量关于层序地层学的论述。与地震地层学相比，基于以全球海平面变化控制地层沉积的发生和发展为基础的层序地层学理论有两大特点：一是深入、详尽地使用了地震、测井、岩芯和地面露头等资料；二是它所总结的沉积模式具有三维空间的立体概念。特别是进入90年代以来。层序地层学进入了理论研究和生产应用全面发展的时期，开始深入到油气勘探的各个阶段。概念萌芽阶段（1948－1977）―层序概念建立阶段Sloss、Krumbein和Dapples（1948）同时提出的地层层序概念标志Sloss（1963）等人将北美克拉通前寒武晚期至全新世地层划分成以区域不整合面为边界的六套地层层序为当今层序地层学的发展提供了概念基础层序地层学的发展阶段“层序”概念的提出1948年由Sloss提出：定义为由不整合面所分隔的地层单元1963年应用于北美克拉通晚前寒武纪至全新世地层之间，共划分出6个层序；70年代前未被大多数人接受。•第一阶段：概念盟芽阶段，即本世纪70年代以前，主要建立了层序地层学赖以发展的地质基础，包括以生物地层学、岩石地层学、年代地层学及动力地貌学为依据建立的一些层序、旋回及均衡剖面理论等。层序地层学的发展阶段孕育阶段（1977－1988）－地震地层学形成和发展P.R.Vail（1977）等人编著的《地震地层学》为标志全球海平面变化具有相对一致性，海平面变化控制了层序发育的观点应用地震资料及钻测井资料预测和确定盆地地层结构、沉积相类型和区域分布产生了一次重大的飞跃层序地层学的发展阶段地震地层学阶段Peter.R.Vail等在1977年第26集AAPG上发表了地震地层学论文。两大认识:1、层序是由一套互相整合的、成因上有关联的地层所组成，其顶、底界为不整合面以及与之对应的整合面。2、层序的成因基本上或完全受全球性海平面升降变化所控制。此后的10年间，地震地层学经历了从诞生、发展到完善的一个过程。并为石油工业做出了巨大贡献。地震地层学的不足：1、层序划分主要采用地震资料，虽然结合了测井、岩心和露头资料，但仅限于层位和优势相标定。2、层序级别大，不能提供在储层范围内进行沉积地层分析所需要的精度。•第二阶段：地震地层学演化的模型形成阶段。该阶段以P.R.Vail、R.M.Mitchum等EXXON公司的专家在AAPG第26届专题报告《地震地层学：在碳氢化合物勘探上的应用》的出版为标志。在20世纪70年代后期，层序地层学主要应用于地震资料范围内的盆地分析，测井、岩芯和露头一般不被单独用来分析层序。地震地层学尚不能达到在储层范围内进行沉积地层分析所需要的精度。层序地层学的发展阶段理论系统化阶段（1988年至今）－层序地层学综合发展以P.R.Vail（1988）等人编著的《海平面变化综合分析》以及Sangree,Wagoner和Mitchum等人的层序地层学文献的发表为标志。1989年，随着可容空间概念的建立，层序地层学的理论和方法趋于成熟、实用，高分辨率层序地层学（Cross）、成因地层学（Galloway）等学派；层序地层学开始深入到油气勘探开发的各个阶段。从盆地分析到圈闭的成因解释，从油藏描述、数值模拟到后续动态模拟，从勘探开发各个阶段的软件开发到油藏管理给沉积学和地层学研究带来了革命性的飞跃层序地层学的发展阶段层序地层学阶段1988年:J.C.Wagoner主编了SEPM层序地层学特刊；P.R.Vail及J.B.Sagree主编了“层序地层学工作手册”和“层序地层学基础”。这几部著作的问世则宣告一门新的学科——层序地层学诞生了。层序地层学：是根据地震、钻井和露头资料，结合有关的沉积环境和岩相古地理解释，对地层层序格架进行综合解释的科学。层序地层学的诞生缘于以下研究所取得的进步。1、理论模型的提出与实现1988年Jervey提出的新的实用模型，扩展了地震地层学的应用范围，并将层序进一步细分为小的地层单位“体系域”。而Posamentier和Vail等从理论上创建了一种三维结构图：I类层序：即海底扇体系域、低水位体系域、海侵体系域、高水位体系域。II类层序：陆架边缘体系域、海侵体系域、高水位体系域。同时，在I类层序的低水位体系域中，存在盆底扇、斜坡扇、低水位前积三角洲、深切谷充填。2、向上变浅的硅质碎屑岩地层的沉积模式在测井、岩心和露头研究中取得进展Exxon地质学家受D.E.Frazier(1974)和C.V.Campbell(1967)观点的影响，总结出了这些向上变浅的地层单位以具有重要年代地层学意义的海泛面为边界，并且由纹层、纹层组、岩层和岩层组构成。有些学者（Vail等）将这些向上变浅的地层单位称为“旋回”，而有些学者（VanWagoner）称之为“准层序”，相互关联的准层序则构成了“准层序组”。而这些地层单元为体系域和层序的组成单元，从而使这些研究成果与理论模型保持一致，并且可以把它们置于年代地层学的系统中进行研究。3、海平面相对变化的研究取得重大进展70年代后期，MacJervey在数学上模拟了和定量表示了产生全球旋回曲线的海平面升降、构造沉降和沉积物供应速度之间的关系。Exxon公司的科研人员吸收了该项研究成果，并于1987年在AAPG和Science刊物上推出了第二代海平面升降曲线。其特点是曲线呈圆滑的波状，每个周期顶底标明了不整合的性质，层序边界位于海平面升降曲线每个周期的下降（F）拐点上，上升（R）拐点稍后的某个位置处为最大海泛面，引用了更多的古生物、年代、磁性地层学资料，划分了海平面升降周期的级次。第三阶段：为综合发展阶段，即从80年代到现在，随着可容空间概念的建立，层序地层学的理论和方法趋于成熟并广泛应用，其标志是1989年AAPG年会举办的层序地层学短期培训班和会议上发表的大量关于层序地层学的论述。层序地层学的发展阶段与地震地层学相比，基于以全球海平面变化控制地层沉积的发生和发展为基础的层序地层学理论有两大特点：一是深入、详尽地使用了地震、测井、岩芯和地面露头等资料；二是它所总结的沉积模式具有三维空间的立体概念。特别是进入90年代以来。层序地层学进入了理论研究和生产应用全面发展的时期，开始深入到油气勘探的各个阶段层序地层学的发展阶段中国层序地层学研究大事记1980年“地震地层学”被引进（徐怀大，牛毓荃等，1980）1988年结合我国油气勘探实践，“陆相断陷盆地区域地震地层学研究”问世（张万选等，1988）1989年组织编译了“应用层序地层学”（张宏逵等，1990）1993年《层序地层学原理――海平面变化分析》一书出版（徐怀大等，1993）1995年T.A.Cross的高分辨率层序地层学派的理论、方法及实用技术被介绍到中国来，使之迅速得到传播和应用（邓宏文等，1995）1996年《塔里木盆地沉积层序特征及其演化》出版（顾家裕等，1996），把我国海陆相沉积层序地层学的研究推向了一个新的高度1997年中国石油学会组织“层序地层学及其在油气勘探开发中的应用“专业会议，标志了我国层序地层学的研究已进入一个全面发展的新时期。1997发表了大量著作层序地层学的发展阶段•纵观目前层序地层学的研究思想，大体上可归结为：海相方面、陆相方面和高分辨率层序地层学三个方面。海相以国外学者为主，陆相以国内学者为主，高分辨率以科罗拉多TimCross学派为主。层序地层学研究的学派层序地层学研究的学派（一）海相派•根据其层序划分方法将众多研究者分为三大学派：（1）以Exxon公司为代表Vail学派，以地表不整合或与此不整合可以对比的整合面为边界。（2）以Galloway为代表的，采用最大洪泛面作为层序边界。（3）Johnson所强调的层序以地表不整合面或海进冲刷不整合面为界的海进—海退旋回沉积层序。•虽然上述划分层序类型的三种方法各不相同，但均强调海平面变化是控制层序成因和相分布的内在机制，可用于全球范围内的地层对比。在层序控制方面将构造运动、全球海平面变化、沉积物供给、气候变化作为影响层序产生的四大控制因素。但对于构造沉降作用、成岩作用的影响考虑较少，这是其局限性所在。（二）陆相派•类海相”学派认为：湖泊和海洋类似，是陆相沉积的主导控制体，其不仅控制自身的沉积发展，也控制毗邻的河流及风成沉积，湖平面的变化类似海平面的变化控制整个盆地的发育。他们由于没能充分认识到海陆不同，“类海相”学派过分简化了陆相沉积，所以存在较大局限性。•“单一”派（张周良1996）主要针对河流相层序地层学进行研究，提出低水位体系域主要由辫状河流的砂砾质沉积物组成，低水位体系域后期可能出现曲流河沉积。水进体系域有利于网状河流沉积，高水位体系域主要是由曲流河沉积物组成，也可能有网状河沉积。这一学派淡化了构造因素、气候因素，而将沉积物供给速度和河流作用相等同，将湖相或海相沉积归为夹层，河流为主控因素，没有考虑不可能在同一地区出现一系列的河流相组合或仅由单纯的河流相组成的包括各种体系域的地层层序。（二）陆相派•构造”派（李思田1992、解习农1996）主张层序分析是把相、沉积体系放于盆地整体地层格架中进行研究，这种格架主要根据等时地层意义的界面划分。分析的核心是建立等时地层格架，在此基础上将盆地充填序列解析为不同级别建造块。这一学派突破经典层序地层的束缚，全面考虑了盆地构造发展史和沉积演化史，强调构造作用和沉积作用的影响，从旋回角度对体系域进行了划分，促进了陆相层序地层学的发展。•综合学派（纪友亮1996）分析了海平面变化、湖平面变化、沉积物供给、构造运动和气候等各种因素的影响，认为陆相湖盆为敞流湖盆、闭流湖盆。认为控制沉积物沉积的基准面和可容空间主要有2种。•该学派将层序类型划分为构造和气候层序。构造层序又分为简单断坳层序、同生断坳层序和多期断坳层序，同生断坳层序由低位体系域、湖扩体系域、湖缩体系域和非湖泊体系域；